【正文】 到將計(jì)劃與制造過(guò)程統(tǒng)一起來(lái)的制造執(zhí)行系統(tǒng)(Manufacturing Execution System，MES)是解決這一問(wèn)題的有效途徑。美國(guó)先進(jìn)制造研究機(jī)構(gòu)(Advance Manufacturing Research :AMR)通過(guò)對(duì)大企業(yè)調(diào)查，在 1990 年提出 MES 概念。同年，一些有識(shí)之士開(kāi)始意識(shí)到 MES 對(duì)制造業(yè)的重要性，發(fā)起并成立了國(guó)際性組織制造執(zhí)行系統(tǒng)國(guó)際協(xié)會(huì)(Manufacturing Execution System Association International，MESA) 。MEAS 是以宣傳 MES 思想和產(chǎn)品為宗旨，幫助其成員組織在企業(yè)界推廣 MES 制定了一系列研究、分析和開(kāi)發(fā)計(jì)劃。 esExcuiEquipment Monitrig amp。 ” [1] 2)1992 年 MESA 將 MES 定義為:“MES 能通過(guò)信息傳遞對(duì)從訂單下達(dá)到產(chǎn)品完成的整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行優(yōu)化管理。這種對(duì)狀態(tài)變化的迅速響應(yīng)使 MES 能夠減少企業(yè)內(nèi)部沒(méi)有附加值的活動(dòng)，有效地指導(dǎo)工廠的生產(chǎn)運(yùn)作過(guò)程，從而使其既能提高工廠及時(shí)交貨能力，改善物料的流通性能，又能提高生產(chǎn)回報(bào)率。 [1]3)國(guó)家 863 專家關(guān)于 MES 的定義：制造執(zhí)行系統(tǒng)(Manufacturing Execution System，簡(jiǎn)稱 MES)是處于計(jì)劃層和控制層之間的執(zhí)行層，主要負(fù)責(zé)生產(chǎn)管理和調(diào)度執(zhí)行。8 / 58制造執(zhí)行系統(tǒng)的核心: 使用實(shí)時(shí)精確的生產(chǎn)過(guò)程數(shù)據(jù)，優(yōu)化生產(chǎn)活動(dòng)，對(duì)生產(chǎn)活動(dòng)進(jìn)行指導(dǎo):能夠?qū)ιa(chǎn)過(guò)程的變化，實(shí)施快速反應(yīng)，減少無(wú)附加值行為，提高工廠運(yùn)行和事件處理的有效性。MES 需要收集生產(chǎn)過(guò)程中大量的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并且對(duì)實(shí)時(shí)事件能及時(shí)處理。其核心為“優(yōu)化、快速反應(yīng)、反饋控制” 。通過(guò)建立 MES 的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，可以提供一個(gè)完整的生產(chǎn)管理系統(tǒng)與工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程控制緊密集成的解決方案，提高企業(yè)的自動(dòng)化水平和管理水平，提高企業(yè)的反應(yīng)速度和競(jìng)爭(zhēng)能力。 [2]MES 使用實(shí)時(shí)、連續(xù)、自動(dòng)、完整、精確的數(shù)據(jù)，優(yōu)化從定單到產(chǎn)品完成的整個(gè)生產(chǎn)活動(dòng)，通過(guò)對(duì)變化情況的快速反應(yīng)，減少無(wú)附加值行為，提高工廠運(yùn)行和處理的有效性。 MES 的國(guó)外發(fā)展MES 發(fā)展的幾個(gè)階段:9 / 58圖 12　MES 技術(shù)的發(fā)展歷程 第一階段:專用 MES(Point MES: P－MES)――70 年代功能作用: 對(duì)某個(gè)單一的生產(chǎn)問(wèn)題(如制造周期啟發(fā)競(jìng)爭(zhēng)力、在制品庫(kù)存過(guò)大、產(chǎn)品質(zhì)量得不到保證、設(shè)備利用率低、缺乏過(guò)程控制等)提供相應(yīng)的軟件系統(tǒng)加以解決，是自成一體的系統(tǒng)。缺點(diǎn): 不利于信息集成和共享第二階段:集成 MES 一 80――90 年代功能作用: 在 P－MES 基礎(chǔ)發(fā)展起來(lái)，提供一套集成的應(yīng)用軟件來(lái)同時(shí)解決多個(gè)不同的生產(chǎn)問(wèn)題。是針對(duì)特定的、規(guī)范化的環(huán)境而設(shè)計(jì)的系統(tǒng)，如航空、裝配、半導(dǎo)體、食品等行業(yè)，目前實(shí)現(xiàn)了三層的信息集成。缺點(diǎn): 依賴于特定的車間環(huán)境，模塊化、開(kāi)發(fā)性、可重構(gòu)性差，缺乏柔性，不宜修改和擴(kuò)充，難以適應(yīng)敏捷制造環(huán)境的要求。具體表現(xiàn)在:通用性差、可集成性弱、缺乏互造作性、重構(gòu)能力差、敏捷性(應(yīng)變能力)差。功能作用 :在 T－MES 基礎(chǔ)發(fā)展起來(lái)，將模塊化應(yīng)用組件技術(shù)應(yīng)用到 MES 的系統(tǒng)開(kāi)發(fā)中，具有 P－MES 的特點(diǎn)，部分功能可作為可重用組件單獨(dú)存在，又具有集成 MES 的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)三層的集成。TMES 中每個(gè)系統(tǒng)都有各自的處理邏輯，數(shù)據(jù)庫(kù)，數(shù)據(jù)模型和通信機(jī)制。為了實(shí)現(xiàn)與外部系統(tǒng)的集成，往往采用應(yīng)用編程接口(Application Programming Interface : API)技術(shù)，聯(lián)機(jī)分析處理(OnLine Analytical Processing :OLAP)技術(shù)和相應(yīng)的通信機(jī)制，這些技術(shù)在某種意義上說(shuō)，也是 MES 功能的核心部分。為了解決 TMES 的不足，TMES 逐漸成為研究的熱點(diǎn)。NIIIP/SMART 協(xié)會(huì)為整個(gè) MES 應(yīng)用領(lǐng)域提出的一個(gè)分布式對(duì)象和信息交換模型(如圖 1－3)，代表了發(fā)展中 MES 的技術(shù)模型。而其它功能如:工作流管理，產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理，知識(shí)管理等都從功能邏輯中分離出來(lái)。圖 13　可集成 MES 框架 優(yōu)點(diǎn): 能實(shí)現(xiàn)客戶化、可重構(gòu)、可擴(kuò)展，能方便實(shí)現(xiàn)不同廠商之間的集成和系統(tǒng)的集成，是目前 MES 的發(fā)展方向。MES 與 ERP 能智能的聯(lián)結(jié)和斷開(kāi)，控制系統(tǒng)具有人工智能。MES 的出現(xiàn)以及普及，對(duì)國(guó)外的管理界也產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。但是，我國(guó)制造業(yè)水平與發(fā)達(dá)國(guó)家相比還有較大的差距。雖然它們能取代不少人工勞動(dòng)并解決了一些生產(chǎn)瓶頸，但由于缺少相應(yīng)的信息集成系統(tǒng)，這些系統(tǒng)不能充分發(fā)揮其功效而形成所謂的“自動(dòng)化孤島” 。在我國(guó)，MRPII、MIS 己逐漸趨于成熟與普及，而面向制造執(zhí)行層的 MES 軟件在開(kāi)發(fā)與應(yīng)用方面還比較薄弱?，F(xiàn)在，我國(guó)的許多高等院校、科研院所都在從事這方面的研究與應(yīng)用開(kāi)發(fā)上工作。但是，在軟件的商品化、成果的推廣應(yīng)用方面還存在很大的差距。即使有所謂的車間層控制(Shop Floor Control :SFC)，也多數(shù)是收集相關(guān)資料再通過(guò)批處理方式錄入而己，其功能十分有限。因此，通過(guò) MES 來(lái)實(shí)現(xiàn)企業(yè)信息的全集成，形成實(shí)時(shí)化的 ERP、MES、SFC 是提高企業(yè)整體管理水平的關(guān)鍵，這對(duì)企業(yè)制造業(yè)整體水平的提升具有重要意義。MES 在國(guó)內(nèi)半導(dǎo)體行業(yè)的應(yīng)用很少，在全國(guó)半導(dǎo)體企業(yè)中，應(yīng)用 MES 的企業(yè)只有區(qū)區(qū)幾家。該課題主要進(jìn)行制造執(zhí)行系統(tǒng)的規(guī)12 / 58劃、架構(gòu)設(shè)計(jì)以及相關(guān)技術(shù)的研究以及模型的研制。目前碧辟佳陽(yáng)公司建成了生產(chǎn)規(guī)模為年產(chǎn) 15 萬(wàn)片的生產(chǎn)線，達(dá)到了以技術(shù)改造為載體，全面提升企業(yè)科技水平的目的。在上層計(jì)劃層(企業(yè) ERP 系統(tǒng))方面，實(shí)施了管理信息系統(tǒng)，并廣泛應(yīng)用于企業(yè)管理中，企業(yè)也因此取得了一定的管理效益。同時(shí)，底層控制層和上層計(jì)劃層之間缺少一個(gè)中間層軟件，這使得底層大量的數(shù)據(jù)閑置，不能為管理層提取出有建設(shè)性的信息。在 MRP/ERP 所關(guān)注的各項(xiàng)資源中，生產(chǎn)過(guò)程信息在企業(yè)的管理系統(tǒng)中它始終是“離線”的，生產(chǎn)過(guò)程信息始終不能連續(xù)、自動(dòng)、完整的反映在企業(yè)管理系統(tǒng)中。到底如何消除管理信息系統(tǒng)和生產(chǎn)控制系統(tǒng)之間的斷層?如何加強(qiáng)成本管理和綜合調(diào)度、提高經(jīng)營(yíng)管理的決策效率？由此 MES 走入碧辟佳陽(yáng)公司的視線。它通過(guò)控制包括物料、設(shè)備、人員、流程指令和設(shè)施在內(nèi)的所有工廠資源來(lái)提高制造競(jìng)爭(zhēng)力，提供了一種系統(tǒng)地在統(tǒng)一平臺(tái)上集成諸如質(zhì)量控制、文檔管理、生產(chǎn)調(diào)度等功能的方式。 論文主要研究?jī)?nèi)容MES 是一個(gè)結(jié)合了多種學(xué)科、多種技術(shù)的綜合性系統(tǒng)，本論文以碧辟佳陽(yáng)公司計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)為背景，主要研究了以下內(nèi)容:1） 介紹了 MES 有關(guān)背景知識(shí)。按模塊劃分為產(chǎn)品13 / 58追溯、物料管理、生產(chǎn)過(guò)程管理、質(zhì)量管理、設(shè)備資源管理、制造智能報(bào)表。并就系統(tǒng)的相關(guān)數(shù)據(jù)流進(jìn)行分析。5） 對(duì) MES 在企業(yè)信息化中的定位進(jìn)行了分析，并就 MES 與現(xiàn)有信息系統(tǒng)的集成方案及實(shí)現(xiàn)方法進(jìn)行了研究。 論文結(jié)構(gòu)本文共分六章內(nèi)容，如下:第一章為序言，包括 MES 概述和論文背景，主要介紹了 MES 概念，論述了國(guó)內(nèi)外相關(guān)技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r，同時(shí)介紹了本論文的研究背景和主要內(nèi)容。主要內(nèi)容包括就產(chǎn)品追溯、物料管理、生產(chǎn)過(guò)程管理、質(zhì)量管理、設(shè)備資源管理、制造智能報(bào)表等方面的需求進(jìn)行了分析。根據(jù) MES 的設(shè)計(jì)原則，確定了MES 的總體功能模型，并提出了實(shí)現(xiàn)構(gòu)架。就系統(tǒng)模塊的具體實(shí)現(xiàn)方法方面的內(nèi)容作了分析和介紹。在 MES 與底層控制系統(tǒng)間采用了基于 OPC 技術(shù)的集成研究，在與上層信息系統(tǒng)間采用了基于 WEB 技術(shù)的集成研究，并以碧辟佳陽(yáng)公司為例進(jìn)行了部分實(shí)現(xiàn)。第二章 碧辟佳陽(yáng)公司 MES 系統(tǒng)需求分析 碧辟佳陽(yáng)公司現(xiàn)狀碧辟佳陽(yáng)公司專業(yè)從事晶硅太陽(yáng)能組件組裝生產(chǎn)，目前具備 4 條組裝線，19 個(gè)工位，其中包括手工串接和設(shè)備自動(dòng)串接。生產(chǎn)訂單主要分為國(guó)外與國(guó)內(nèi)訂單兩種，國(guó)外訂單為標(biāo)準(zhǔn)訂單需求，生產(chǎn)批量一般較大，生產(chǎn)周期較長(zhǎng)（一、兩個(gè)月） ；國(guó)內(nèi)訂單為特殊訂單需求，一般生產(chǎn)批量小，生產(chǎn)周期較短（一、兩天） ，針對(duì)國(guó)內(nèi)訂單通常插單優(yōu)先生產(chǎn)。產(chǎn)品銷往國(guó)外主要是歐洲市場(chǎng)需保證符合相關(guān)質(zhì)量認(rèn)證需求如TUV。當(dāng)前碧辟佳陽(yáng)公司主要面臨以下生產(chǎn)管理問(wèn)題：1. 生產(chǎn)工序間的進(jìn)度，無(wú)法在管理層進(jìn)行管控，只有到生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)才能了解。需求分析：? 每個(gè)組件的唯一編碼將使用匯流帶上的 7 位 S/N，此 S/N 由集團(tuán)集中分配，匯流帶供應(yīng)商負(fù)責(zé)提高相應(yīng)條碼。? 面對(duì)客戶投訴時(shí)須能夠通過(guò)此 S/N 在 MES 系統(tǒng)查詢獲得所有相關(guān)追溯信息包括物料、工序流轉(zhuǎn)記錄、返修記錄、質(zhì)量數(shù)據(jù)、功率、操作人員、時(shí)間等。需求分析：? 使用電子流轉(zhuǎn)卡代替當(dāng)前的紙張工序流轉(zhuǎn)卡? MES 系統(tǒng)追蹤每個(gè)組件在車間制造過(guò)程信息，包括：? ?物料消耗 – 記錄消耗物料的批次和數(shù)量? 替代料使用記錄? 工藝流轉(zhuǎn)記錄? 操作人員、班次、時(shí)間? 所采集之質(zhì)量數(shù)據(jù)及規(guī)格? 返修歷史及物料更換記錄? 用戶輸入組件編碼即可以獲得制造過(guò)程信息3）客戶需求：? 物料使用歷史追溯需求分析：? 當(dāng)發(fā)現(xiàn)物料問(wèn)題時(shí)，能夠通過(guò)輸入物料批次號(hào)在 MES 系統(tǒng)中及時(shí)獲得使用本批次物料的所有組件信息，包括 WIP 在制品組件、成品組件和已發(fā)貨組件。4）客戶需求：? MES 系統(tǒng)需具備海量信息處理能力，在業(yè)務(wù)、產(chǎn)量增長(zhǎng)時(shí)，具備高度可擴(kuò)展性。建議在進(jìn)一步的容量評(píng)估和硬件配置討論之后確定系統(tǒng)必須具備的最大反應(yīng)時(shí)間。需求分析：? 確定關(guān)鍵物料如電池片、 EVA、 復(fù)合膜、鋼化玻璃、接線盒、匯流帶和導(dǎo)線等；在 MES 系統(tǒng)建立車間領(lǐng)料處理流程，通過(guò) IQC 采集質(zhì)量數(shù)據(jù)并用于質(zhì)量分析，并將來(lái)料批次信息注冊(cè)到 MES 系統(tǒng)，建立車間虛擬倉(cāng)庫(kù)。? 當(dāng)物料信息注冊(cè)到 MES 系統(tǒng)，能夠配置自動(dòng)打印條碼用于標(biāo)識(shí)物料批次信息。3）需求描述：? 使用先進(jìn)先出 FIFO 等規(guī)則控制用料需求分析：? 系統(tǒng)記錄物料發(fā)料時(shí)間，在用料發(fā)生時(shí)，基于 FIFO 的控制方式預(yù)警確保物料使用順序，從而提高物料利用率。對(duì)于不同的計(jì)劃狀態(tài)變更，能夠設(shè)置訪問(wèn)權(quán)限。? 發(fā)生插單現(xiàn)象時(shí)，能夠變更訂單的狀態(tài)，同時(shí)能夠?qū)崟r(shí)匯報(bào)插單的生產(chǎn)進(jìn)度。用戶基于實(shí)時(shí)信息能夠及時(shí)調(diào)整產(chǎn)能分配。? MES 能夠與 ERP 集成自動(dòng)下載 ERP 訂單。2）需求描述：? 生產(chǎn)車間物理資源建模需求分析：? 要求 MES 能夠?qū)ιa(chǎn)車間物理資源包括設(shè)備、治具等進(jìn)行建模，以最大化資源利用率。能夠?yàn)橛脩籼峁┫碌拦ば蛑笇?dǎo)，出工序之后自動(dòng)正確的進(jìn)入下道工序。? 在特定、異常的現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)條件下，產(chǎn)品能夠跨工序流轉(zhuǎn)。? 當(dāng)產(chǎn)線中的某道工序發(fā)生問(wèn)題時(shí)，系統(tǒng)通過(guò)上報(bào)各個(gè)工序在制品數(shù)量和等待數(shù)量得以及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，防止造成在制品積壓。4）需求描述：? 追蹤產(chǎn)品在各個(gè)工序中的流動(dòng)并采集數(shù)據(jù)需求分析：? MES 追蹤產(chǎn)品、物料在車間發(fā)生的生產(chǎn)活動(dòng)，包括工序流轉(zhuǎn)歷史記錄、返修記錄、不合格記錄、質(zhì)量數(shù)據(jù)、操作人員、時(shí)間等完整歷史記錄。? MES 系統(tǒng)需對(duì)專檢檢測(cè)設(shè)備在檢測(cè)生成的 ACCESS 數(shù)據(jù)進(jìn)行交互集成，并管理測(cè)試輸出功率的規(guī)格值與實(shí)測(cè)值。? 針對(duì)不合格組件，MES 能夠識(shí)別并進(jìn)入返修工序，杜絕無(wú)附加值加工或不合格產(chǎn)品發(fā)貨。6）需求描述：維修與返工處理 –19 / 58? MES 系統(tǒng)需對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中自檢、互檢、專檢發(fā)現(xiàn)的不良品進(jìn)行的返修處理與返工處理。? 對(duì)于跨單工序和多工序進(jìn)行返修處理。需求分析：? 透過(guò) MES 能夠根據(jù)車間實(shí)際需要配置返修流程。? 能夠指定返修原因并進(jìn)一步做根本原因分析。7）需求描述：? MES 系統(tǒng)需對(duì)固化工位的固化時(shí)間進(jìn)行系統(tǒng)記錄，以及系統(tǒng)判斷功能，并提示可否進(jìn)行作為下一工位的此時(shí)工序是否可開(kāi)始進(jìn)行操作。MES 系統(tǒng)需能夠按照用戶的配置定時(shí)定量發(fā)出預(yù)警，或防止在此工序進(jìn)行操作。4：包裝和發(fā)貨管理需求描述：? 以報(bào)表的方式上報(bào)功率值? 在包裝時(shí)生成包裝條碼，同時(shí)對(duì)每個(gè)組件生成一式兩份條碼。? 在出貨時(shí)，系統(tǒng)能夠根據(jù)設(shè)定的目標(biāo)功率，自動(dòng)提取平均功率值最接近的包裝箱。? 在包裝工序?yàn)槊總€(gè)包裝箱建立唯一編碼并根據(jù)此編碼生成條碼，同時(shí)在 MES 系統(tǒng)20 / 58建立包裝箱與組件之間的關(guān)系，由此得以計(jì)算所有組件的平均值。需求分析：? MES 能夠針對(duì)不同的料號(hào)定義相應(yīng)的不合格類型、編碼并加以分類管理。? 記錄不合格類型和數(shù)量，生成質(zhì)量報(bào)告 Pareto 圖用于匯報(bào)關(guān)鍵質(zhì)量問(wèn)題作為來(lái)料損分析。? 對(duì)于不合格品，需提供輸入相應(yīng)的不合格類型、數(shù)量等，并在生產(chǎn)流程上控制產(chǎn)品流向。? 在層壓工序設(shè)置關(guān)鍵質(zhì)量控制點(diǎn)，評(píng)價(jià)半成品能力；在終檢工序設(shè)置關(guān)鍵質(zhì)量控制點(diǎn)，評(píng)價(jià)成品能力。3）需求描述：? FQC? MES 系統(tǒng)提供對(duì)生產(chǎn)完成前 FQC 檢驗(yàn)，已保證生產(chǎn)下線成品的質(zhì)量控制.需求分析：21 / 58? MES 通過(guò)掃描成品條碼，自動(dòng)顯示組件功率性能等各項(xiàng)數(shù)據(jù)? 管理不合格品并形成質(zhì)量報(bào)告? 產(chǎn)品下線抽檢：按早、中、晚 3 班次進(jìn)行抽檢。? 進(jìn)行不合格根源分析，由此持續(xù)改進(jìn)逐步提高電池利用率。? 通過(guò)物料追溯獲取相關(guān)組件的版型和功率。7）需求描述：? 追蹤返修組件的檢查結(jié)果和去向需求分析：? 追蹤組件返修后的處理方如是報(bào)廢或者降級(jí) UVA 等8）需求描述：? MES 系統(tǒng)在質(zhì)量認(rèn)證如 TUV,IEC,UL 方面提供協(xié)助和質(zhì)量管理需求分析：? MES 識(shí)別不合格品并防止無(wú)附加值加工或發(fā)貨或在成品庫(kù)中出現(xiàn)。? 通過(guò) MES 的 BOM 管控確保組件構(gòu)造。2）需